Budowa Dróg i Autostrad

Semestr VI 2009/2010

ANALIZA RUCHU

DROGOWEGO

dr inż. Marek Pszczoła

1

Czynniki:

� Typ pojazdu

� Całkowity ciężar pojazdu

� Nacisk na oś i rozmieszczenie osi

� Nacisk na koło i rozmieszczenie kół

ODDZIAŁYWANIE POJAZDÓW NA NAWIERZCHNIE DROGOWE

Czynniki:

� Ciśnienie w ogumieniu

� Typ ogumienia

� Charakterystyka zawieszenia

� Prędkość pojazdu

ODDZIAŁYWANIE POJAZDÓW NA NAWIERZCHNIE DROGOWE

Pojazdy osobowe nie wywołują istotnych

naprężeń w nawierzchni i ich wpływ na trwałość nawierzchni jest znikomy.

TYP POJAZDU

Pojazdy ciężarowe wywołują duże naprężenia w

nawierzchni.

W projektowaniu uwzględnia się pojazdy powyżej

3,5 ton:

� pojazdy ciężarowe pojedyncze

� pojazdy ciężarowe z naczepą

� pojazdy ciężarowe z przyczepą

� autobusy

TYP POJAZDU – cd.

ROZMIESZCZENIE OSI

� osie pojedyncze

� osie podwójne (tandem)

� osie potrójne (tridem)

Polska:

� oś pojedyncza 100 kN (115 kN)

� oś podwójna (145 kN-160 kN) zależy od odległości osi

Unia Europejska:

� oś pojedyncza 115 kN

Hiszpania, Francja, Holandia:

� oś pojedyncza 130 kN (dla kół bliźniaczych)

DOPUSZCZALNE NACISKI NA OSIE

� pojedyncze

� bliźniacze

KOŁA

KONFIGURACJE OSI

NAJCIĘŻSZY POJAZD W UE

� Fj = 1,82 osi 115 kN

� Fj = 3,18 osi 100 kN

� Fj = 7,76 osi 80 kN 10

44 t

11

POCIĄG DROGOWY W AUSTRALII

POCIĄG DROGOWY W AUSTRALII

POJAZDY NADGABARYTOWE

13

POJAZDY NADGABARYTOWE

14

STANDARDOWA OŚ PORÓWNAWCZA

NS = Fj · Nj

gdzie:

NS – ilość osi standardowych odpowiadająca N osiom rzeczywistym,

Nj – ilość osi rzeczywistych o określonym nacisku (j-tym),

Fj – współczynnik równoważności osi – współczynnik przeliczeniowy osi rzeczywistych na standardowe

WSPÓŁCZYNNIK RÓWNOWAŻNOŚCI OSI

� Jest to stosunek całkowitej ilości obciążeń

osi rzeczywistych jakie może przenieść nawierzchnia do jej zniszczenia do

określonych ilości osi standardowych

”WZÓR 4 – TEJ POTĘGI”

� Ruch Archiwalny – wyniki pomiarów ruchu, który

odbył się na drodze od czasu jej budowy

� Generalny Pomiar Ruchu – odbywa się co 5 lat i

na jego podstawie przygotowywane są prognozy

ruchu – ostatni pomiar 2005

(www.gddkia.gov.pl)

18

SPOSOBY PROGNOZOWANIA RUCHU

METODA „PKB” PROGNOZOWANIA RUCHU

� Metoda oparta o GPR 2005

� Załącznik 1 z dnia 14 marca 2007: „Prognozy

wskaźnika wzrostu PKB na okres 2007 – 2037

do celów planistyczno projektowych dla dróg

krajowych”

� Załącznik 2 z dnia 14 marca 2007: „Zasady

prognozowania wskaźników wzrostu ruchu

wewnętrznego na okres 2007-2037 na sieci

drogowej do celów planistyczno projektowych”

19

ZAŁOŻENIA METODY

� Wykorzystanie wskaźników wzrostu PKB średnich

dla poszczególnych podregionów kraju, tak aby

uwzględnić ich różny rozwój gospodarczy oraz

przewidywany wpływ środków finansowych

(między innymi z UE) na gospodarkę

� Uwzględnienie prognoz demograficznych

� Uśrednienie okresowego zmniejszenia tempa

wzrostu gospodarczego i PKB wynikające z

możliwych spadków koniunktury 20

PRZYKŁAD PROGNOZY DLA REGIONU GDAŃSKIEGO

21

Podregion gdański, WPKB, %

Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

PKB, % 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5,1 5,0 4,9 4,8 4,8

Rok 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

PKB, % 4,7 4,6 4,5 4,3 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2

WPKB - prognoza wzrostu PKB średniego w latach 2009 - 2028

ROCZNY WSKAŹNIK WZROSTU RUCHU (RWR)

RWR = 1 + (We x WPKB)/100

gdzie:

RWR - wskaźnik rocznego wzrostu ruchu,

We - wskaźnik elastyczności,

WPKB - wskaźnik rocznego wzrostu PKB.

22

WSPÓŁCZYNNIK ELASTYCZNOŚCI We

� Wartość We w zależności od kategorii pojazdów:

23

L.p. Kategoria pojazdów Wskaźnik elastyczności (We) w latach:

2006-2015 2016-2037

1. Samochody osobowe 0,90 0,80 2. Samochody dostawcze 0,33 0,33 3. Samochody ciężarowe

bez przyczep i naczep 0,35 0,35

4. Samochody ciężarowe z przyczepami i

naczepami 1,07 1,00

OBLICZONE WSKAŹNIKI RWR Obliczony wskaźnik rocznego wzrostu ruchu RWR

Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Ciężarowe

bez przyczep

1,019 1,019 1,019 1,018 1,018 1,018 1,018 1,017 1,017 1,017

Ciężarowe z

przyczepami

1,059 1,058 1,057 1,056 1,055 1,055 1,054 1,049 1,048 1,048

Rok 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ciężarowe

bez przyczep

1,016 1,016 1,016 1,015 1,015 1,014 1,013 1,013 1,012 1,011

Ciężarowe z

przyczepami

1,047 1,046 1,045 1,043 1,042 1,042 1,038 1,036 1,034 1,032

24

Wskaźnik wzrostu ruchu dla autobusów należy przyjmować niezależnie

od wskaźnika wzrostu PKB jako równy 1,0.

WYZNACZENIE RUCHU CAŁKOWITEGO

� Metoda 1 – sumowanie ruchu w całym okresie

obliczeniowym eksploatacji nawierzchni:

gdzie:

Ncalk - ruch całkowity wyrażony w osiach obliczeniowych 100 kN w okresie obliczeniowym (najczęściej 20 lat)

f1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu

SDR100i - średni dobowy ruch w każdym roku eksploatacji nawierzchni wyrażony liczbą osi standardowych 100 kN w przekroju drogi

ti - liczba lat w okresie obliczeniowym 25

WSPÓŁCZYNNIK OBLICZENIOWEGO PASA RUCHU

WYZNACZENIE RUCHU CAŁKOWITEGO

� Metoda 2 – jeśli znany jest SDR w środku

okresu eksploatacji:

27

gdzie: SDR100środek - średni dobowy ruch w środku okresu eksploatacji nawierzchni wyrażony liczbą osi standardowych 100 kN w przekroju drogi

RUCH OBLICZENIOWY = RUCH WYJŚCIOWY x WSP. WZROSTU

WYZNACZENIE RUCHU CAŁKOWITEGO

� Metoda 3 – przypadek geometrycznego wzrostu

ruchu o stały procent jeśli znany jest SDR w

początkowym okresie eksploatacji:

29

gdzie: SDR1000- średni dobowy ruch na początku okresu eksploatacji nawierzchni wyrażony liczbą osi standardowych 100 kN w przekroju drogi

p [%] – roczny procentowy wzrost ruchu

t – ilość lat eksploatacji

METODA PROCENTOWEGO WZROSTU RUCHU

KATEGORIA RUCHU NA POSTAWIE WYZNACZONEGO RUCHU

CAŁKOWITEGO Ruch L

[osie 100 kN] Ncalk

[osie 100 kN] Ncalk

[osie 115 kN]

KR1 ≤ 12 ≤ 90 000 ≤ 51 500

KR2 13 ÷ 70 90 001 ÷ 510 000 51 501 ÷ 291 600

KR3 71 ÷ 335 510 001 ÷ 2 500 000 291 601 ÷ 1 429 400

KR4 336 ÷ 1000 2 500 001 ÷ 7 300 000 1 429 401 ÷ 4 173 800

KR5 1001 ÷ 2000 7 300 001 ÷ 14 600 000 4 173 801 ÷ 8 347 600

KR6 ≥ 2001 ≥ 14 600 001 ≥ 8 347 601

31

PRZYKŁAD - RUCH ARCHIWALNY

Rok 1990 1995 2000 2005 2010

Ruch całkowity [liczba pojazdów/pas/dobę]

1500 1830 2220 2700 3290

Udział pojazdów ciężarowych

9,5% 9,2% 8,9% 8,8% 8,6%

Udział pojazdów ciężarowych z przyczepami

8,5% 8,1% 7,9% 7,8% 7,7%

Udział autobusów 3,3% 3,0% 2,7% 2,2% 2,0%

Liczba pojazdów ciężarowych

142 168 198 238 283

Liczba pojazdów ciężarowych z przyczepami

127 148 175 211 253

Liczba autobusów 49 55 60 59 66

32

PRZYKŁAD - RUCH ARCHIWALNY – cd

33

Rok 1990 1995 2000 2005 2010

SDR 100C – pojazdy ciężarowe (r1=0,109) 15,5 18,4 21,5 25,9 30,8

SDR 100C+P – pojazdy ciężarowe z przyczepami (r2=1,95)

248,6 289,0 342,0 410,7 494,0

SDR 100A – autobusy (r2=0,594)

29,4 32,6 35,6 35,3 39,1

SDRrok=Ʃ(SDRC, C+P, A) osi 100 kN/dobę/pas

294 340 399 472 564

SDR (20 lat) 259 osi 100 kN/dobę/pas ruchu

Ruch łączny (20 lat) 1,89 milionów osi obliczeniowych 100 kN/pas (KR3)

PRZYKŁAD – RUCH PROGNOZOWANY (od 2010)

34

Rok 2010 2015 2020 2025 2030

Ruch całkowity [liczba pojazdów/pas/dobę]

3290 4000 4800 5920 7200

Udział pojazdów ciężarowych

8,6% 8,4% 8,3% 8,2% 7,9%

Udział pojazdów ciężarowych z przyczepami

7,7% 7,5% 7,3% 7,1% 7,0%

Udział autobusów 2,0% 1,9% 1,8% 1,8% 1,7%

Liczba pojazdów ciężarowych

283 336 398 485 569

Liczba pojazdów ciężarowych z przyczepami

253 300 350 420 504

Liczba autobusów 66 76 86 107 122

PRZYKŁAD – RUCH PROGNOZOWANY - cd

35

Nrok=suma 2010 2015 2020 2025 2030

SDR 100C – pojazdy ciężarowe (r1=0,109) 30,8 36,6 43,4 52,9 62,0

SDR 100C+P – pojazdy ciężarowe z przyczepami (r2=1,95)

494,0 585,0 683,3 819,6 982,8

SDR 100A – autobusy (r2=0,594)

39,1 45,1 51,3 63,3 72,7

SDRrok=Ʃ(SDRC, C+P, A) osi 100 kN/dobę/pas

564 667 778 936 1117

SDR (20 lat) 508 osi 100 kN/dobę/pas ruchu

Ruch łączny (20 lat) 3,71 milionów osi obliczeniowych 100 kN/pas (KR4)

PRZYKŁAD PROGNOZY – METODA PKB

� Dane wyjściowe:

� droga krajowa jednojezdniowa (po jednym pasie dla

każdego kierunku ruchu),

� dane o ruchu pojazdów ciężarowych i autobusów z

GPR 2005:

36

Typ pojazdu Pojazdy ciężarowe bez przyczep

[poj./dobę)

Pojazdy ciężarowe z przyczepami i

naczepami [poj./dobę]

Autobusy [poj./dobę]

Ruch całkowity w przekroju DK [liczba pojazdów/dobę]

492 892 62

PRZYKŁAD PROGNOZY – METODA PKB

� Dane wyjściowe (cd):

� początek okresu eksploatacji – rok 2009,

� okres eksploatacji: 20 lat

� prognoza wzrostu PKB w latach 2005 – 2028:

37

Podregion gdański, WPKB, %

Rok 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

PKB, % 5,9 5,9 5,8 5,6 5,5 5,4 5,3 5,2 5,1 5,1 5,0 4,9

Rok 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028

PKB, % 4,8 4,8 4,7 4,6 4,5 4,3 4,2 4,0 3,8 3,6 3,4 3,2

PRZYKŁAD PROGNOZY – METODA PKB

� Obliczony Roczny Wzrost Ruchu (RWR)

38

Obliczony wskaźnik rocznego wzrostu ruchu RWR Rok 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

Ciężarowe 1,021 1,021 1,020 1,020 1,019 1,019 1,019 1,018 1,018 1,018 1,018 1,017 Ciężarowe

z przyczepa

mi

1,063 1,063 1,062 1,059 1,059 1,058 1,057 1,056 1,055 1,055 1,054 1,049

Autobusy 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

Rok 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ciężarowe 1,017 1,017 1,016 1,016 1,016 1,015 1,015 1,014 1,013 1,013 1,012 1,011 Ciężarowe

z przyczepa

mi

1,048 1,048 1,047 1,046 1,045 1,043 1,042 1,042 1,038 1,036 1,034 1,032

Autobusy 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0

PRZYKŁAD PROGNOZY – METODA PKB

� Obliczony prognozowany Średni Dobowy Ruch

pojazdów w przekroju DK w latach 2009 - 2028

39

Średni dobowy ruch pojazdów w przekroju drogi [poj./dobę] Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Ciężarowe bez przyczep 596 608 619 630 641 653 664 676 687 699

Ciężarowe z przyczepami 1114 1178 1245 1314 1386 1462 1540 1615 1693 1774

Autobusy 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140

Rok 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ciężarowe

bez przyczep 710 721 733 744 755 765 776 785 795 804

Ciężarowe z przyczepami 1858 1943 2030 2118 2207 2295 2382 2468 2552 2633

Autobusy 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140

PRZELICZENIE NA OSIE STANDARDOWE 100 kN

40

Liczba osi obliczeniowych 100 kN w kolejnych latach eksploatacji DK [osi 115 kN./dobę] Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Ciężarowe bez

przyczep 65 66 68 68 70 72 72 72 75 77

Ciężarowe z

przyczepami

2172 2298 2427 2538 2702 2851 3003 3150 3301 3460

Autobusy 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84

Rok 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ciężarowe

bez przyczep

77 79 81 81 82 84 84 86 86 88

Ciężarowe z

przyczepami

3622 3789 3959 4130 4303 4475 4645 4813 4975 4095

Autobusy 84 84 84 84 84 84 84 84 84 84

PRZELICZENIE NA OSIE STANDARDOWE 115 kN

41

Liczba osi obliczeniowych 115 kN w kolejnych latach eksploatacji DK [osi 115 kN./dobę] Rok 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018

Ciężarowe bez

przyczep 37 38 39 39 40 41 41 42 43 44

Ciężarowe z

przyczepami

1241 1313 1387 1465 1544 1629 1716 1800 1886 1977

Autobusy 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48

Rok 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 Ciężarowe

bez przyczep

44 45 46 46 47 48 48 49 49 50

Ciężarowe z

przyczepami

2070 2165 2262 2360 2459 2557 2654 2750 2843 2934

Autobusy 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48

� „Wzór czwartej potęgi”: SDR115=(100/115)4xSDR100

RUCH CAŁKOWITY W OKRESIE EKSPLOATACJI

Ncałk = 365 x f1 x ΣSDR115

42

gdzie:

Ncałk - ruch całkowity wyrażony w osiach obliczeniowych 115 kN na pas

obliczeniowy

f1 - współczynnik obliczeniowego pasa ruchu, f1=0,5

ΣSDR115 - suma średniego dobowego ruchu pojazdów z każdego roku

eksploatacji nawierzchni DK, wyrażona liczbą osi obliczeniowych 115 kN

Okres obliczeniowy

Ruch całkowity [miliony osi 115 kN/pas obliczeniowy]

20 lat 7,82

PRZYKŁAD PROGNOZY - METODA 3

� Dane wyjściowe:

� droga krajowa dwujezdniowa (po 2 pasy dla każdego

kierunku ruchu) – f1=0,45,

� dane o ruchu z bezpośrednich pomiarów ruchu na

odcinku w roku 2005:

43

Rodzaj samochodów Liczba pojazdów w przekroju drogi w ciągu doby w roku

2005 [poj

rzeczywiste/dobę]

Współczynniki przeliczeniowe grup

pojazdów na osie obliczeniowe 100 kN

Liczba osi obliczeniowych

100 kN/dobę w roku 2005 (SDR1000)

Osobowe 38880 Ciężarowe bez przyczep

896 r1 = 0,109 98

Ciężarowe z przyczepami

1584 r2 = 1,950 3089

Autobusy 1152 r3 = 0,594 684

Pozostałe 1825 Suma: 44337 SDR1000: 3871

PRZYKŁAD PROGNOZY - METODA 3

44

� Dane wyjściowe (cd):

� początek okresu eksploatacji – rok 2005,

� okres eksploatacji: 20 lat

� średni roczny wzrost ruchu: 2%

� Korzystamy z zależności:

PRZYKŁAD OBLICZEŃ – METODA 3

Czyli:

Ostatecznie:

Ncalk=15,45 mln osi 100 kN/pas obliczeniowy

Oraz:

Ncalk=8,83 mln osi 115 kN/pas obliczeniowy

45